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吉大徐抒平：SERS 攜外泌體為乳腺癌早篩添新兵 | 前沿用戶報(bào)道
“粉紅絲帶”作為全球乳腺癌防治活動(dòng)公認(rèn)標(biāo)識(shí)，用于宣傳“及早預(yù)防，及早發(fā)現(xiàn)，及早治療”這一信息。從1992年至今，粉紅絲帶已經(jīng)飄揚(yáng)在世界各地。每年10月，眾多具號(hào)召力的名人都會(huì)紛紛佩戴上粉紅絲帶參與到各項(xiàng)活動(dòng)中，警示人們重視乳腺癌早篩。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每年有 30 余萬女性飽受乳腺癌的折磨，約 7 萬人被奪去生命。尤其是轉(zhuǎn)移性的乳腺癌(TNBC)患者的生存率非常低；如果這些患者能夠在早期得到治療和輔助化療，以三陰性乳腺癌(TNBC 的一種)患者為例，其 5 年生存率可以達(dá)到 77% ，是晚期患者 5.5 倍，可見轉(zhuǎn)移性乳腺癌的早期診斷意義重大。
疾病診斷的常用手段是尋找診斷標(biāo)志物，表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù) (Surface-EnhancedRaman Spectroscopy，SERS) 是目前頗受關(guān)注的技術(shù)之一。近日，吉林大學(xué)的徐抒平教授課題組利用 SERS 技術(shù)，對(duì)比分析了不同類型乳腺癌細(xì)胞系中的 3 種外泌體蛋白(CD9、CD63 和 FAK)，這 3 種外泌體蛋白有望用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌的早期診斷，相關(guān)文章發(fā)表在 Analytical Chemistry 上 。
聚集分子有妙招，提升濃度易檢測
我們知道，使用 SERS 技術(shù)關(guān)鍵在于 SERS 探針信號(hào)強(qiáng)度，而這主要取決于電磁場熱點(diǎn)區(qū)域的分子數(shù)量。因而如何提升信號(hào)分子的數(shù)量成為小組的研究重點(diǎn)。
課題組先利用三種外泌體蛋白(CD63、CD9和FAK)的單克隆抗體，構(gòu)建出免疫SERS標(biāo)簽(iSERS)，而后將iSERS、免疫磁珠(iMBs)與單細(xì)胞共同包裹在微液滴內(nèi)。由于抗體親和力，iSERS 和 iMBs 有如神勇的警探，自發(fā)捕獲微液滴中的細(xì)胞分泌出的外泌體。其中，iMBs 由于 IOA 效應(yīng)*將攜帶著外泌體及其蛋白單抗的 iSERS 從液相中“抽離”出來，增加了外泌體蛋白的可檢測濃度，顯著提高單細(xì)胞水平分析的敏感性。
*IOA效應(yīng)：靜電驅(qū)動(dòng)的界面聚集(Interfacial Oriented Aggregation，IOA)
微液滴的構(gòu)建及磁珠聚集效應(yīng)的示意圖
可檢測濃度的提高，意味著早期乳腺癌篩查將有跡可循?，F(xiàn)在我們可以總結(jié)一下，該研究通過免疫磁珠的聚集增加了 SERS 的熱點(diǎn)數(shù)量，成功檢測到的單個(gè)乳腺癌細(xì)胞中外泌體蛋白 FAK、CD9 和 CD63，可用作腫瘤診斷標(biāo)記物。
三種 iSERS 標(biāo)簽混合物的 SERS 譜。
HTP、MMTAA 和 NTP 分別代表 FAK、CD9 和 CD63，采集時(shí)間為 2s
癌癥類型要判定，蛋白表達(dá)是關(guān)鍵
是否患病的診斷手段已有眉目，是否具有轉(zhuǎn)移性則是下一步需要攻克的難題。課題組構(gòu)建了非轉(zhuǎn)移性 BC 細(xì)胞系 MCF-7 和轉(zhuǎn)移性 BC 細(xì)胞系 MDA-MB-231，并在單細(xì)胞水平和群體細(xì)胞平均水平上對(duì)二者的 FAK、CD9 和 CD63 三種蛋白的表達(dá)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
結(jié)果顯示，非轉(zhuǎn)移性 BC 細(xì)胞系 MCF-7 和轉(zhuǎn)移性 BC 細(xì)胞系MDA-MB-231 中外泌體蛋白 FAK 和 CD9 的表達(dá)水平有顯著差異。CD63 在兩種 BC 亞型中均為高表達(dá)。FAK 更常見于轉(zhuǎn)移性 BC 亞型(MDA-MB-231)，它的高表達(dá)突出了其在 BC 侵襲和轉(zhuǎn)移中的作用。FAK 和 CD9 在兩種 BC 亞型中的差異性表達(dá)表明，F(xiàn)AK 和 CD9 或能成為區(qū)分兩種 BC 細(xì)胞系的關(guān)鍵生物標(biāo)志物。(更多分析結(jié)果請(qǐng)看論文原文)
群體細(xì)胞水平的聚類熱圖
重復(fù)可靠是難點(diǎn)，共焦拉曼顯神功
在本實(shí)驗(yàn)中，課題組使用拉曼光譜技術(shù)來檢測外泌體表面的標(biāo)志蛋白，這需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速拉曼光譜采集，以獲得重復(fù)性高且可靠的光譜數(shù)據(jù)。這就對(duì)拉曼光譜儀提出了較高的要求，不僅要具備高分辨率明場成像以及共焦功能，同時(shí)還需配備多個(gè)物鏡組。HORIBA Aramis 高性能全自動(dòng)拉曼光譜儀(現(xiàn)已升級(jí)為 LabRAM Odyssey 高速高分辨顯微共焦拉曼光譜儀)很好的適配了這些需求，其 20 倍聚焦物鏡的視野寬廣且成像清晰，人性化全自動(dòng)智能操作大大縮短了檢測時(shí)間，便于研究人員開展即時(shí)檢測工作。
該研究所使用的 HORIBA Aramis 高性能全自動(dòng)拉曼光譜儀
SERS 靈敏度的提高，預(yù)示著人類在未來或許可以對(duì)轉(zhuǎn)移性乳腺癌進(jìn)行早期無創(chuàng)診斷，并通過盡早干預(yù)，大大減少后續(xù)臨床治療壓力。相信不少人由衷期待這項(xiàng)研究成果能夠落地轉(zhuǎn)化，切實(shí)挽救千萬條鮮活的生命。
在攻克乳腺癌的漫長旅途中，除了有各路知名人士號(hào)召公眾的認(rèn)知，更少不了廣大科研人在預(yù)防、治療技術(shù)方面的不懈努力。在乳腺癌早篩手段的研發(fā)之路上，即便是星點(diǎn)希望，他們也會(huì)努力點(diǎn)燃，拼盡全力推動(dòng)落地轉(zhuǎn)化，用一個(gè)又一個(gè)科研碩果，照亮人類的未來。
吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐抒平教授課題組近年來致力于發(fā)展基于表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)，微流控液滴技術(shù)，以及成像分析平臺(tái)，應(yīng)用于包括單細(xì)胞水平，細(xì)胞器水平，細(xì)胞膜表面等細(xì)胞體系的分析檢測技術(shù)。
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供稿：王佳琪
編輯：Iris
潤色：平兒、Fanny
審核：Lucy、Joanna
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